Assessment of large wood budget in two different rivers located in Alpine and Andean environment

In forested river basins, Large Wood (LW) is a key component responsible for the geomorphological and ecological aspect of fluvial systems but, at the same time, is a source of hazard for sensitive places. Given its dual role, the analysis and quantification of LW in rivers, as well as understanding its mobilization and deposition, are crucial steps in order to ensure an appropriate management of riverine areas. This study attempts to increase knowledge in the main LW-related processes, such as the lateral recruitment from bank erosion, fluvial transport and the presence of buried LW, assessing the LW budget in two rivers. The study was conducted in two different fluvial environments. A 3.7 km-long reach was selected along the middle course of the Italian Piave River, a human impacted gravel-bed river typified by wandering and island-braided morphologies. In addition, three 80 m-long reaches were selected along the lower course of the Chilean Blanco River, a natural river with a morphology that drastically changed because of a recent volcanic eruption. The three considered items of the budget were analyzed by field activities conducted during the three years of the PhD. The lateral recruitment of LW was analyzed only in the Piave River for an over-bankfull flood (RI~7yr) by measuring, positioning and tagging all standing trees (D≥ 0.1m) within a 20 m buffer wide along the floodplain banks and island perimeters. A similar methodology was used to investigate, in both rivers, the fluvial transport of LW by considering all woody elements (D≥0.1m and L≥1m) within the active channel. In this way, during post-event surveys it was possible to identify the input (deposition) and output (mobilization) elements. Because the sediments from the volcanic eruption caused the burial of several standing trees and LW, the presence of buried LW was explored only in the Blanco River by Ground Penetrating Radar (GPR) testing. In the Piave River, the LW budget was assessed for very low floods (RI<1yr), whereas in the Blanco River ordinary (RI~1yr) and not-ordinary floods (RI 10-25yr) were considered. The results highlighted that, in the Piave River, the recruitment from bank erosion is a common process for the supply of LW. Volumes of recruited LW were found to vary according to the extension of the eroded surface, type of eroded morphological unit and riparian vegetation characteristics. Larger volumes (25.1 m3∙km-1) are recruited from both the floodplain and fluvial islands during not-ordinary floods (RI~7yr), whereas for ordinary events (RI<1yr) small amounts of LW (0.21 m3∙km-1) are recruited just from the floodplain. Furthermore, flood magnitude was found to be an important factor controlling the temporal fluctuations of LW storage, resulting in decreases and increases of LW abundance during ordinary and not-ordinary events, respectively. The increase in wetted area results in a greater inundation of fluvial bars that allows, at the same time, the mobilization and deposition of LW. In addition to the role of flood magnitude, the local-scale morphology of the river appeared to be another factor influencing the changes in LW abundance, with greater variations in multi-thread than single-thread channels, where the larger and faster increase in the inundated area increases the amount of in-transport LW. In particular, the budget for the Piave River featured negligible variations in LW storage (-9.7%) and a very low mobility rate (1.43%) reflecting the low magnitude of occurred events. By contrast, a higher dynamicity of LW was found in the Blanco River also during ordinary events, with mobility rates ranging from 41 to 94% and LW storage increasing up to 179%, because of the considerable input volumes (highest input of 285.35 m3∙ha-1). The complexity of LW dynamics in the Blanco River is also due to the presence of buried LW (1.65 m3∙ha-1) that can be easily exhumed and, thus, increase the amount of in-transport LW. This volume was obtained as a first approach with the GPR that proved to be a valid and non-destructive method to bridge this gap. The results obtained in this study can be considered useful advances in understanding the three main LW-related processes (recruitment, mobilization, deposition), knowledge of which is essential in order to ensure the positive contributions of wood to river ecosystems, and minimize potential hazards adopting correct management plans.

In bacini fluviali boschivi, il materiale legnoso è considerato un elemento chiave responsabile dell’aspetto geomorfologico ed ecologico dei sistemi fluviali ma, allo stesso tempo, anche un elemento di pericolo per alcune strutture sensibili. A causa di questo duplice ruolo, l’analisi e la quantificazione del legname nei corsi d’acqua, così come la comprensione dei processi di mobilizzazione e deposizione, sono step cruciali per assicurare una corretta gestione delle zone fluviali. Questo studio valuta il bilancio del materiale legnoso in due corsi d’acqua, al fine di incrementare le conoscenze riguardanti i principali processi in cui il legname è coinvolto, come il reclutamento laterale dovuto ad erosione spondale, il trasporto fluviale e la presenza di legname sepolto. Lo studio è stato condotto in due diversi ambienti fluviali. Un tratto fluviale di 3.7 km è stato selezionato lungo il corso mediano del fiume Piave (Italia), un fiume antropizzato a fondo ghiaioso con morfologie principali wandering e a canali intrecciati con presenza di isole fluviali. Inoltre, tre tratti fluviali con lunghezza di 80 m sono stati selezionati lungo il corso finale del fiume Blanco (Cile), un fiume naturale che ha subìto un drastico cambiamento nella morfologia a causa di una recente eruzione vulcanica. Le tre componenti del budget che sono state considerate, sono state analizzate attraverso attività di campo condotte durante i tre anni di dottorato. Il reclutamento laterale è stato analizzato solamente nel fiume Piave a seguito di una piena superiore alla bankfull (TR~7anni) misurando, geo riferendo ed identificando tutti gli alberi (D≥ 0.1m) posizionati all’interno di un buffer di 20 m di larghezza lungo le sponde della floodplain e lungo il perimetro delle isole. Una metodologia simile è stata applicata per analizzare, in entrambi i fiumi, il trasporto fluviale del legname considerando tutti gli elementi legnosi (D≥0.1m e L≥1m) presenti all’interno dell’alveo. In questo modo, durante i rilievi post-evento è stato possibile identificare gli elementi di input (deposizione) e quelli di output (mobilizzazione). Dal momento che i sedimenti vulcanici causarono la sepoltura di numerosi alberi e materiale legnoso, la presenza di legname sepolto è stata analizzata solamente nel fiume Blanco, testando l’efficacia di un georadar. Il bilancio del legname è stato analizzato, nel caso del fiume Piave, per piene ordinarie (TR<1anno), mentre per il fiume Blanco sono state considerate sia piene ordinarie (TR~1anno) che non ordinarie (TR 10-25anni). I risultati hanno evidenziato come, nel fiume Piave, il reclutamento per erosione spondale sia un processo importante per la fornitura del legname in alveo. I volumi di legname reclutato variano a seconda dell’estensione delle superfici erose, della tipologia di unità morfologica erosa e a seconda delle caratteristiche della vegetazione ripariale. Durante piene non ordinarie (TR~7anni) sono stati reclutati volumi maggiori (25.1 m3∙km-1) per erosione della floodplain e delle isole fluviali, mentre durante piene ordinarie (TR<1anno) il reclutamento di legname (0.21 m3∙km-1) è avvenuto solo per erosione della floodplain. Inoltre, la magnitudo degli eventi di piena è risultata essere un fattore importante per il controllo delle fluttuazioni temporali dello storage di legname causando una riduzione ed un aumento della quantità di legname in alveo a seguito, rispettivamente, di piene ordinarie e non ordinarie. Per piene non ordinarie, l’aumento dell’area bagnata determina una maggiore inondazione delle barre fluviali e questo permette, allo stesso tempo, la mobilizzazione e deposizione del legname. Oltre alla magnitudo delle piene, un altro fattore responsabile delle variazioni del legname in alveo è riconducibile alla diversa morfologia locale dei tratti analizzati. Maggiori variazioni sono state riscontrate in corrispondenza di morfologie a canali multipli, dove, rispetto alle morfologie a canali singoli, il rapido e maggiore aumento dell’area bagnata aumenta la quantità di legname potenzialmente trasportabile. In particolare, il budget del legname nel fiume Piave si caratterizza per variazioni quasi trascurabili (-9.7%) ed un tasso di mobilità molto basso (1.43%) che rispecchiano la bassa magnitudo degli eventi verificatisi. Diversamente, il fiume Blanco presenta una maggiore dinamicità del legname anche durante eventi di piena ordinari, con tassi di mobilità variabili tra 41 e 94% ed un aumento nello storage di legname fino al 179% dovuto ai notevoli volumi di input (volumi massimi 285.35 m3∙ha-1). La complessità delle dinamiche del legname del fiume Blanco è avvalorata anche dalla presenza di legname sepolto (1.65 m3∙ha-1) che può essere facilmente riesumato ed aumentare la quantità di legname in transito. Tale analisi ha permesso di dimostrare l’utilità del georadar come un metodo valido e non distruttivo che potrebbe essere utilizzato per colmare questa lacuna inerente il legname sepolto. I risultati ottenuti in questo studio possono essere considerati come dei progressi utili per la comprensione dei tre principali processi legati al legname (reclutamento, mobilizzazione, deposizione) le cui conoscenze sono essenziali al fine di mantenere i benefici del legname per il sistema fluviale e minimizzare i potenziali rischi attraverso l’adozione di corretti piani di gestione.